KRISS, 열전 소자의 효율 측정기술 개발

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2011-04-05 11:10

대전--(뉴스와이어)--자동차는 연료 1ℓ를 소모할 때마다 0.75ℓ의 에너지가 폐열로 증발된다. 하지만 여기에 열전발전시스템을 적용해 폐열을 전기 에너지로 변환하면 효율을 50% 이상 증가시킬 수 있다. 또한 IT 제품의 전원, 산업시설과 소각장 등 다양한 분야에서도 활용이 가능해 에너지 절감은 물론 지구 온난화 등과 같은 환경문제 해결에도 도움이 될 것으로 기대된다.

KRISS(한국표준과학연구원, 원장 김명수) 온도센터 권수용 박사팀이 친환경 에너지 발전기술인 열전소자의 성능과 전기에너지 발전효율을 정확하게 측정·평가할 수 있는 기술개발에 성공했다.

연구팀은 ‘보호열판법’이라는 열전도도 측정원리를 활용해 측정오차를 최소화한 열전소자 성능평가장치를 개발했다. 이 장치는 상온에서 250 ℃ 영역까지 열전소자의 열전도도와 전기전도도, 열전성능을 동시에 정밀하게 측정할 수 있다. 또한 대면적의 열전재료에도 폭넓게 활용이 가능하다.

그동안 열전발전 기술은 열과 전기의 변환 효율이 낮아 응용이 극히 제한적이었던 분야이다. 하지만 이번 기술 개발을 통해 열전소자의 에너지 변환 효율을 정확하게 측정, 평가함으로써 고효율의 열전소자 개발에 크게 기여할 것으로 전망된다.

열전발전은 주위의 여러 장소에서 사용되고 버려지는 열에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 기술이다. 고온부분과 저온부분 사이의 온도차가 발생하면 열은 이동한다. 이 열이 이동하는 에너지를 전기에너지로 변환, 즉 발전시킨다는 게 열전발전의 개념이다. 온도차는 어떤 곳에서도 존재하기 때문에 태양열, 해양열, 지열, 인체열 뿐만 아니라 자동차 폐열, 공업폐열, 쓰레기소각폐열 등 다양한 분야에서의 활용이 가능하다.

이 기술은 발전과 냉각·가열이 모두 가능한 특성을 갖고 있어 현재 휴대용냉장고, 와인냉장고, 휴대기기용 쿨링패드 등에 적용해 활용하고 있다. 이미 일본에서는 온천수와 다른 지층과의 온도 차이를 이용해 발전소를 만들기도 했으며, 태양온도차를 활용해 우주선의 전력으로 활용하고 있다.

이 기술은 새로운 응용분야로의 적용이 가능해 고효율 열전소자 개발을 위한 국내외 연구가 활발하다.

미국정부는 열전발전을 이용하여 자동차 연비 10 % 상승을 목표로 프로젝트를 지원하고 있다. BWM사에서는 열전소자를 이용한 자동차 폐열활용을 통해 엔진의 효율을 10 % 향상시킨 엔진을 개발해 열전 제너레이터가 장착된 시제품을 선보였다. 또한 1 kW급 열전발전시스템을 목표로 개발이 진행되고 있다.

국내에서는 최근 비철소재 및 전기전자, 자동차 관련 기업 등에서 관련 연구개발에 관심을 갖기 시작했다.

온도센터 권수용 박사는 “에너지 소비의 97%를 해외에 의존하는 우리나라에서 새로운 청정에너지를 확보하는 것은 국가적 화두”라며 “고효율 열전소자 개발의 핵심 기술을 확보함으로써 관련 산업체의 경쟁력 향상뿐만 아니라 국제 표준에서 선도적 역할을 수행할 수 있을 것”이라고 말했다.

이 기술은 그 우수성을 인정받아 일본 츠쿠바에서 열리는 전자재료 국제학회인 e-Therm2010(Japan)에서 초청강연을 하였다. 또한 열전소자 성능평가 원천기술로 국내특허를 출원하였으며, 현재 해외 특허출원 및 국제 학술지 게재를 준비 중이다.

앞으로 연구팀은 극저온·초고온과 같은 극한 환경에서의 열전소자 성능을 정밀하게 측정, 평가할 수 있는 기술을 개발하기 위해 노력하고 있다. 이를 통해 일반가전 및 폐열활용 소형발전 산업 뿐 아니라 항공, 우주, 대규모 발전 등에 활용될 수 있는 열전시스템 개발을 위해 원천기술을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

한국표준과학연구원 개요
국가측정표준 정점이며 가장 앞서가는 측정을 연구하는 대덕연구단지내의 출연연구기관입니다.

웹사이트: http://www.kriss.re.kr